Veda biológie zahŕňa množstvo rôznych sekcií, vedy pre veľké a malé deti. A každý z nich je dôležitý nielen v ľudskom živote, ale aj pre planétu ako celok.
Už druhé storočie po sebe sa ľudia snažia študovať nielen pozemskú rozmanitosť života vo všetkých jeho prejavoch, ale aj zistiť, či existuje život mimo planéty, vo vesmíre. Týmito otázkami sa zaoberá špeciálna veda – vesmírna biológia. Budeme o tom diskutovať v našej recenzii.
Sekcia biológie – Vesmírna biológia
Táto veda je relatívne mladá, no veľmi intenzívne sa rozvíja. Hlavné aspekty učenia sú:
- Faktory kozmického priestoru a ich vplyv na organizmy živých bytostí, životnú aktivitu všetkých živých systémov vo vesmíre alebo lietadle.
- Vývoj života na našej planéte za účasti vesmíru, vývoj živých systémov a pravdepodobnosť existencie biomasy mimo našej planéty.
- Možnosti budovania uzavretých systémov a vytvárania skutočných životných podmienok v nich pre pohodlievývoj a rast organizmov vo vesmíre.
Vesmírna medicína a biológia sú úzko súvisiace vedy, ktoré spoločne študujú fyziologický stav živých bytostí vo vesmíre, ich výskyt v medziplanetárnych priestoroch a evolúciu.
Vďaka výskumu týchto vied bolo možné vybrať optimálne podmienky pre hľadanie ľudí vo vesmíre bez toho, aby došlo k poškodeniu zdravia. Bol zozbieraný obrovský materiál o prítomnosti života vo vesmíre, schopnosti rastlín a živočíchov (jednobunkových, mnohobunkových) žiť a rozvíjať sa v beztiažovom stave.
História rozvoja vedy
Korene vesmírnej biológie siahajú do dávnych čias, keď filozofi a myslitelia – prírodovedci Aristoteles, Herakleitos, Platón a ďalší – sledovali hviezdnu oblohu a snažili sa identifikovať vzťah Mesiaca a Slnka so Zemou, aby sme pochopili dôvody ich vplyvu na poľnohospodársku pôdu a zvieratá.
Neskôr, v stredoveku, sa začali pokúšať určiť tvar Zeme a vysvetliť jej rotáciu. Po dlhú dobu existovala teória, ktorú vytvoril Ptolemaios. Hovorila o tom, že Zem je stredom vesmíru a všetky ostatné planéty a nebeské telesá sa pohybujú okolo nej (geocentrický systém).
Bol tu však ďalší vedec, Poliak Mikuláš Kopernik, ktorý dokázal mylnosť týchto tvrdení a navrhol svoj vlastný, heliocentrický systém štruktúry sveta: v strede je Slnko a všetky planéty sa pohybujú. Slnko je tiež hviezda. Jeho názory podporili nasledovníci GiordanaBruno, Newton, Kepler, Galileo.
Vesmírna biológia ako veda sa však objavila oveľa neskôr. Až v 20. storočí ruský vedec Konstantin Eduardovič Ciolkovskij vyvinul systém, ktorý ľuďom umožňuje preniknúť do hlbín vesmíru a pomaly ich študovať. Je právom považovaný za otca tejto vedy. Veľkú úlohu vo vývoji kozmobiológie zohrali aj objavy vo fyzike a astrofyzike, kvantovej chémii a mechanike Einsteina, Bohra, Plancka, Landaua, Fermiho, Kapitzu, Bogolyubova a ďalších.
Nový vedecký výskum, ktorý umožnil ľuďom uskutočniť dlho plánované lety do vesmíru, umožnil identifikovať špecifické medicínske a biologické opodstatnenia bezpečnosti a vplyvu mimozemských podmienok, ktoré sformuloval Ciolkovskij. Aká bola ich podstata?
- Vedcom bolo poskytnuté teoretické zdôvodnenie účinku stavu beztiaže na organizmy cicavcov.
- V laboratóriu modeloval niekoľko variácií vesmírnych podmienok.
- Navrhované možnosti pre astronautov na získavanie potravy a vody pomocou rastlín a obehu hmoty.
Bol to teda Ciolkovsky, kto stanovil všetky základné postuláty kozmonautiky, ktoré dnes nestratili svoj význam.
Bezváha
Moderný biologický výskum v oblasti štúdia vplyvu dynamických faktorov na ľudské telo vo vesmíre umožňuje astronautom maximálne sa zbaviť negatívneho vplyvu týchto istých faktorov.
Existujú tri hlavné dynamické charakteristiky:
- vibrácie;
- acceleration;
- beztiaže.
Najneobvyklejším a najdôležitejším účinkom na ľudské telo je stav beztiaže. Ide o stav, v ktorom gravitačná sila zaniká a nie je nahradená inými zotrvačnými vplyvmi. V tomto prípade človek úplne stráca schopnosť ovládať polohu tela v priestore. Takýto stav začína už v nižších vrstvách kozmu a pretrváva v celom jeho priestore.
Lekárske a biologické štúdie ukázali, že v ľudskom tele v stave beztiaže dochádza k nasledujúcim zmenám:
- Srdcový tep sa zvyšuje.
- Svaly sa uvoľnia (tonus zmizne).
- Pokles výkonu.
- Možné priestorové halucinácie.
Človek v stave beztiaže je schopný zostať až 86 dní bez ujmy na zdraví. To bolo empiricky dokázané a potvrdené z medicínskeho hľadiska. Jednou z úloh vesmírnej biológie a medicíny v súčasnosti je však vyvinúť súbor opatrení na zabránenie vplyvu stavu beztiaže na ľudský organizmus vo všeobecnosti, odstránenie únavy, zvýšenie a upevnenie normálnej výkonnosti.
Existuje množstvo podmienok, ktoré astronauti pozorujú, aby prekonali stav beztiaže a udržali si kontrolu nad telom:
- konštrukcia lietadla prísne spĺňa potrebné bezpečnostné normy pre cestujúcich;
- astronauti sú vždy starostlivo pripútaní na svoje sedadlá, aby sa vyhli nepredvídaným letom nahor;
- všetky položky na lodi sú prísnepevné miesto a riadne zaistené, aby sa predišlo zraneniu;
- Kvapaliny sa skladujú iba v uzavretých, zapečatených nádobách.
Aby astronauti dosiahli dobré výsledky pri prekonávaní stavu beztiaže, absolvujú na Zemi dôkladný výcvik. Ale, bohužiaľ, doteraz moderný vedecký výskum neumožňuje vytvárať takéto podmienky v laboratóriu. Na našej planéte nie je možné prekonať silu gravitácie. Je to tiež jedna z budúcich výziev pre vesmír a lekársku biológiu.
G-sily v priestore (zrýchlenia)
Ďalším dôležitým faktorom ovplyvňujúcim ľudské telo vo vesmíre je zrýchlenie, čiže preťaženie. Podstata týchto faktorov sa redukuje na nerovnomerné prerozdelenie zaťaženia na telo pri silných vysokorýchlostných pohyboch v priestore. Existujú dva hlavné typy zrýchlenia:
- krátkodobé;
- long.
Ako ukazujú biomedicínske štúdie, obe zrýchlenia sú veľmi dôležité pri ovplyvňovaní fyziologického stavu tela astronauta.
Takže napríklad pôsobením krátkodobých zrýchlení (trvajú menej ako 1 sekundu) môžu v tele nastať nezvratné zmeny na molekulárnej úrovni. Taktiež, ak orgány nie sú trénované, dostatočne slabé, hrozí pretrhnutie ich blán. Takéto vplyvy sa môžu uskutočniť počas oddelenia kapsuly s astronautom vo vesmíre, počas jeho katapultovaniaalebo pri pristávaní s loďou na obežnej dráhe.
Preto je veľmi dôležité, aby astronauti pred letom do vesmíru absolvovali dôkladnú lekársku prehliadku a určitý fyzický tréning.
Dlho pôsobiace zrýchlenie nastáva počas štartu a pristátia rakety, ako aj počas letu na niektorých priestorových miestach vo vesmíre. Účinok takýchto zrýchlení na telo je podľa údajov poskytnutých vedeckým lekárskym výskumom nasledovný:
- zrýchľuje sa tep a pulz;
- zrýchľuje sa dýchanie;
- vyskytuje sa nevoľnosť a slabosť, bledá pokožka;
- videnie trpí, pred očami sa objavuje červený alebo čierny film;
- môžete pociťovať bolesť kĺbov, končatín;
- pokles tonusu svalového tkaniva;
- zmeny neuromorálnej regulácie;
- výmena plynov v pľúcach a v tele ako celku sa mení;
- môže spôsobiť potenie.
G-sily a stav beztiaže nútia medicínskych vedcov vymýšľať rôzne spôsoby. umožňujúce prispôsobiť sa, vycvičiť astronautov tak, aby dokázali odolať pôsobeniu týchto faktorov bez zdravotných následkov a bez straty výkonnosti.
Jedným z najúčinnejších spôsobov, ako trénovať astronautov na zrýchlenie, je centrifúga. Práve v ňom môžete pozorovať všetky zmeny, ktoré sa vyskytujú v tele pod vplyvom preťaženia. Umožňuje vám tiež trénovať a prispôsobiť sa vplyvu tohto faktora.
Let do vesmíru a medicína
Vesmírne lety majú určite veľmi veľký vplyv na zdravie ľudí, najmä tých, ktorí sú netrénovaní alebo majú chronické ochorenia. Preto je dôležitým aspektom lekársky výskum všetkých jemností letu, všetkých reakcií tela na najrozmanitejšie a neuveriteľné účinky mimozemských síl.
Lietanie v beztiažovom stave núti modernú medicínu a biológiu vynájsť a sformulovať (samozrejme zároveň implementovať) súbor opatrení, ktoré astronautom poskytnú normálnu výživu, odpočinok, prísun kyslíka, pracovnú kapacitu a pod.
Medicína je navyše navrhnutá tak, aby kozmonautom poskytovala dôstojnú pomoc v prípade nepredvídaných, núdzových situácií, ako aj ochranu pred účinkami neznámych síl iných planét a priestorov. Je to dosť ťažké, vyžaduje si to veľa času a úsilia, veľkú teoretickú základňu, používanie len najmodernejších moderných prístrojov a liekov.
Úlohou medicíny spolu s fyzikou a biológiou je okrem toho chrániť astronautov pred fyzikálnymi faktormi vesmírnych podmienok, ako sú:
- temperature;
- žiarenie;
- tlak;
- meteority.
Preto je štúdium všetkých týchto faktorov a vlastností veľmi dôležité.
Výskumné metódy v biológii
Vesmírna biológia, ako každá iná biologická veda, má určitý súbor metód, ktoré umožňujú vykonávať výskum, zhromažďovať teoretický materiál a potvrdzovať ho praktickými závermi. Tieto metódy v priebehu časuzostávajú nezmenené, sú aktualizované a modernizované v súlade s aktuálnou dobou. Historicky zavedené metódy biológie však zostávajú relevantné dodnes. Patria sem:
- Pozor.
- Experiment.
- Historická analýza.
- Popis.
- Porovnanie.
Tieto metódy biologického výskumu sú základné, relevantné kedykoľvek. Existuje však množstvo ďalších, ktoré vznikli s rozvojom vedy a techniky, elektronickej fyziky a molekulárnej biológie. Hovorí sa im moderné a zohrávajú najväčšiu úlohu pri štúdiu všetkých biologicko-chemických, medicínskych a fyziologických procesov.
Moderné metódy
- Metódy genetického inžinierstva a bioinformatiky. To zahŕňa agrobaktériovú a balistickú transformáciu, PCR (polymerázové reťazové reakcie). Úloha biologického výskumu tohto druhu je veľká, pretože práve ony umožňujú nájsť možnosti riešenia problému zásobovania a okysličovania raketometov a kabín pre pohodlie astronautov.
- Metódy proteínovej chémie a histochémie. Umožnite kontrolovať bielkoviny a enzýmy v živých systémoch.
- Používanie fluorescenčnej mikroskopie, mikroskopia s vysokým rozlíšením.
- Využitie molekulárnej biológie a biochémie a ich výskumných metód.
- Biotelemetria je metóda, ktorá je výsledkom spojenia práce inžinierov a lekárov na biologickej báze. Umožňuje ovládať všetky fyziologicky dôležité funkcie diela.organizmu na diaľku pomocou rádiových komunikačných kanálov ľudského tela a počítačového záznamníka. Vesmírna biológia používa túto metódu ako základ pre sledovanie účinkov vesmírnych podmienok na organizmy astronautov.
- Biologická indikácia medziplanetárneho priestoru. Veľmi dôležitá metóda vesmírnej biológie, ktorá umožňuje posúdiť medziplanetárne stavy prostredia, získať informácie o charakteristikách rôznych planét. Základom je tu použitie zvieratiek so zabudovanými senzormi. Sú to experimentálne zvieratá (myši, psy, opice), ktoré získavajú informácie z obežných dráh, ktoré využívajú pozemskí vedci na analýzy a závery.
Moderné metódy biologického výskumu umožňujú riešiť pokročilé problémy nielen vesmírnej biológie, ale aj univerzálne.
Problémy vesmírnej biológie
Všetky uvedené metódy biomedicínskeho výskumu, žiaľ, zatiaľ nedokázali vyriešiť všetky problémy vesmírnej biológie. Existuje množstvo aktuálnych problémov, ktoré sú dodnes naliehavé. Poďme sa pozrieť na hlavné výzvy, ktorým čelí vesmírna medicína a biológia.
- Výber vyškoleného personálu pre vesmírne lety, ktorého zdravotný stav by mohol spĺňať všetky požiadavky lekárov (vrátane toho, aby astronauti mohli absolvovať náročný výcvik a výcvik na lety).
- Slušná úroveň výcviku a dodávky všetkého potrebného pre posádky pracovného priestoru.
- Zaistenie bezpečnosti vo všetkých ohľadoch (vrátane neznámych alebo cudzích vplyvovz iných planét) fungujúce lode a letecké konštrukcie.
- Psychofyziologická rehabilitácia astronautov po návrate na Zem.
- Vývoj spôsobov ochrany astronautov a kozmických lodí pred žiarením.
- Zabezpečenie normálnych životných podmienok v kabínach počas vesmírnych letov.
- Vývoj a aplikácia pokročilých počítačových technológií vo vesmírnej medicíne.
- Zavedenie vesmírnej telemedicíny a biotechnológie. Pomocou metód týchto vied.
- Riešenie medicínskych a biologických problémov pre pohodlné lety astronautov na Mars a iné planéty.
- Syntéza farmakologických látok, ktoré vyriešia problém dodávky kyslíka vo vesmíre.
Vyvinuté, zdokonalené a komplexné aplikačné metódy biomedicínskeho výskumu určite vyriešia všetky úlohy a existujúce problémy. Kedy to však bude, je ťažká a dosť nepredvídateľná otázka.
Treba poznamenať, že nielen ruskí vedci, ale aj Akademická rada všetkých krajín sveta sa zaoberá všetkými týmito otázkami. A to je veľké plus. Spoločný výskum a pátranie totiž prinesú nepomerne väčší a rýchlejší pozitívny výsledok. Úzka globálna spolupráca pri riešení vesmírnych problémov je kľúčom k úspechu pri prieskume mimozemského priestoru.
Moderné úspechy
Takýchto úspechov je veľa. Koniec koncov, intenzívna práca sa vykonáva každý deň, dôkladná a starostlivá, čo vám umožňuje nájsť stále viac a viacmateriály, vyvodzujte závery a formulujte hypotézy.
Jedným z najdôležitejších objavov 21. storočia v kozmológii bol objav vody na Marse. Okamžite tak vznikli desiatky hypotéz o prítomnosti alebo neprítomnosti života na planéte, o možnosti presídlenia pozemšťanov na Mars atď.
Ďalším objavom bolo, že vedci určili vekové hranice, v rámci ktorých môže byť človek vo vesmíre čo najpohodlnejšie a bez vážnych následkov. Tento vek začína od 45 rokov a končí okolo 55-60 rokov. Mladí ľudia, ktorí idú do vesmíru, po návrate na Zem extrémne psychicky a fyziologicky trpia, ťažko sa prispôsobujú a prestavujú.
Voda bola objavená aj na Mesiaci (2009). Ortuť a veľké množstvo striebra sa našli aj na družici Zeme.
Biologické výskumné metódy, ako aj inžinierske a fyzikálne ukazovatele nám umožňujú s istotou dospieť k záveru, že účinky iónového žiarenia a expozície vo vesmíre sú neškodné (aspoň nie škodlivejšie ako na Zemi).
Vedecké štúdie dokázali, že dlhodobý pobyt vo vesmíre neovplyvňuje fyzické zdravie astronautov. Psychické problémy však pretrvávajú.
Uskutočnili sa štúdie, ktoré dokazujú, že vyššie rastliny reagujú na pobyt vo vesmíre odlišne. Semená niektorých rastlín v štúdii nevykazovali žiadne genetické zmeny. Iné, naopak, vykazovali zjavné deformácie na molekulárnej úrovni.
Skúsenosti,uskutočnené na bunkách a tkanivách živých organizmov (cicavcov) dokázali, že priestor neovplyvňuje normálny stav a fungovanie týchto orgánov.
Rôzne typy lekárskych štúdií (tomografia, MRI, krvné a močové testy, kardiogram, počítačová tomografia atď.) viedli k záveru, že fyziologické, biochemické a morfologické charakteristiky ľudských buniek zostávajú pri pobyte vo vesmíre nezmenené až 86 dní.
V laboratórnych podmienkach bol nanovo vytvorený umelý systém, ktorý vám umožňuje dostať sa čo najbližšie k stavu beztiaže a študovať tak všetky aspekty vplyvu tohto stavu na organizmus. To zase umožnilo vyvinúť množstvo preventívnych opatrení na zabránenie vplyvu tohto faktora počas letu človeka v nulovej gravitácii.
Výsledky exobiológie sú údaje naznačujúce prítomnosť organických systémov mimo biosféry Zeme. Zatiaľ je možná iba teoretická formulácia týchto predpokladov, ale čoskoro vedci plánujú získať aj praktické dôkazy.
Vďaka výskumu biológov, fyzikov, lekárov, ekológov a chemikov boli odhalené hlboké mechanizmy vplyvu človeka na biosféru. Bolo to možné vďaka vytváraniu umelých ekosystémov mimo planéty a uplatňovaniu rovnakého vplyvu ako na Zemi.
Toto nie sú všetky výdobytky dnešnej vesmírnej biológie, kozmológie a medicíny, ale len tie hlavné. Je tu veľký potenciál, ktorého realizácia jeúlohou uvedených vied pre budúcnosť.
Život vo vesmíre
Podľa moderných predstáv život vo vesmíre môže existovať, keďže nedávne objavy potvrdzujú, že na niektorých planétach existujú vhodné podmienky pre vznik a rozvoj života. Názory vedcov na túto otázku však spadajú do dvoch kategórií:
- život nie je nikde inde ako na Zemi, nikdy nebol a nikdy nebude;
- život existuje v obrovskom vesmíre, no ľudia ho ešte neobjavili.
Ktorá z hypotéz je správna – je na rozhodnutí každého jednotlivca. Existuje dostatok dôkazov a vyvrátení pre jedno aj druhé.
